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Projekt
Analyse und Synthese von robust geregelten Smart-Grid-Systemen
Fachliche Zuordnung
Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
Förderung
Förderung von 2014 bis 2019
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 252340183
Der Übergang des Energiesektors von zentralisierter konventioneller Erzeugung zu verteilter Bereitstellung mit hohem Anteil erneuerbarer Energien bewirkt einen deutlicher Anstieg der Komplexität in der Auslegung und im Betrieb zukünftiger Energiesysteme. Die Regelung dieser Systeme wird insbesondere durch die höhere Anzahl erzeugender Einheiten, stärker wechselnde Betriebsbedingungen und unsichere Energieverfügbarkeiten erschwert. Gängige dynamische Modelle für Smart Grids liegen in der Form nichtlinearer, differential-algebraischer Systeme hoher Dimension mit unsicheren Eingängen und Parametern vor. Dieses Projekt zielt auf die Schaffung neuer Regelungs- und Analysemethoden ab, die den Betriebsbereich von Smart Grids dahingehend erweitern, das hohe Performanz bei gesicherter Stabilität erreicht wird. Das Projekt erforscht kompositionale Techniken um systemweite Eigenschaften durch die Regelung und Analyse von Subsystemen zu erreichen, ohne die Abhängigkeiten der Subsysteme zu ignorieren oder diese als konstant anzunehmen. Zur Regelung soll ein Ansatz entwickelt werden, der Prinzipien der hierarchischen und verteilten robusten Regelung kombiniert: Für die obere und koordinierende Regelungsebene wird die prädiktive Regelung auf der Basis abstrakter Netzmodelle für eine optimierte Lastzuweisung avisiert. Auf der unteren Ebene werden lokale Rückführregler offline und separat für einzelne Subsysteme synthetisiert. Um hierbei Robustheit sicherzustellen, soll die Verwendung von semidefiniter Programmierung für linear parameter-veränderliche Systeme mit expliziter Repräsentation der Subsystem-Kopplungen untersucht werden. Als zusätzliche Erweiterung des Forschungsstandes wird das Projekt Schaltvorgänge, die z.B. aus Netzstörungen resultieren, in das Regelungskonzept einbeziehen. Um das vorgeschlagene Regelungskonzept oder auch bereits im Einsatz befindliche Regelungsprozeduren auf die sichere Einhaltung von Anforderungen hin zu überprüfen, werden zudem formale Methoden für den garantierten Stabilitätsnachweis bei Berücksichtigung der dynamischen Modelle und Unsicherheiten entwickelt. Während herkömmliche simulationsbasierte Methoden nur eine Untermenge der unendlich vielen Systemabläufe evaluieren können, kann die hier für die Analyse von Smart Grids zu entwickelnde Methodik der Erreichbarkeitsanalyse den Nachweis erbringen, ob eine Spezifikation über der Gesamtheit aller Abläufe eingehalten wird. Der Ansatz soll zudem ermöglichen, rigorose Bedingungen zu determinieren, unter denen Energiesysteme realistischer Größenordnung Stabilität aufweisen. Die im Projekt entwickelten Methoden werden den Stand der Forschung zur Regelung und Analyse großer verteilter Systeme auch über die Anwendungsdomäne der Smart Grids hinaus erweitern.
DFG-Verfahren
Sachbeihilfen
